Види звукових хвиль

Частинки матерії, виведені зі стану спокою, здійснюють коливальні рухи протягом деякого часу, після чого повертаються в початкове положення. При цьому можуть виникати різноманітні види хвилеподібних коливальних рухів, оскільки кожна частка матерії в більшій чи меншій мірі пов'язана з суміжними частинками пружними силами і приводить їх в коливальний рух аналогічного характеру.
Якщо часткам матерії переданий імпульс в напрямку поширення хвилі, то вони здійснюють коливальні рухи, переміщаючись в напрямках, що збігається і зворотному напрямку поширення хвилі. Йдеться про так званих поздовжніх хвилях, які називаються так завдяки тому, що коливаються частки рухаються уздовж осі напрямку поширення, поперемінно зближуючись і віддаляючись одна від одної. На Рис. 1 дано схематичне зображення цього процесу. У верхньому рядку ці частинки, наприклад молекули повітря, знаходяться ще в стані спокою. Потім крайней зліва частці переданий імпульс в напрямку зліва направо.

U Рис. 1 U

Схема поширення поздовжніх хвиль в середовищі

Другий рядок показує зміщення частинок по відношенню до їх положенню в стані спокою, які вони зазнають через деякий час. При цьому утворюються згущення і розрідження частинок. На цій же схемі можна визначити довжину хвилі і побачити має місце зміна тиску. Ділянках згущення частинок відповідає підвищений, ділянкам розрідження - знижений тиск. Такі хвилі називаються в фізиці поздовжніми. Поздовжні хвилі можуть спостерігатися в газах, рідинах, а також в твердих тілах. В повітрі і воді можуть поширюватися тільки поздовжні хвилі, що пояснюється їх пружними властивостями. У повсякденному житті явище поздовжніх хвиль ми спостерігаємо при відправленні або різкому гальмуванні поїзда. Абсолютно чітко сприйнята хвиля, що пробігає по складу, і є поздовжньої; окремі складові елементи цієї хвилі (платформи і / або вагони поїзда) переміщаються в напрямку руху поїзда або в зворотному напрямку, але не відхиляються в сторону від цього напрямку.

Однак слід розуміти, що молекули, завдяки міжмолекулярним зв'язків, коливаються виключно щодо певної осі, т. Е. Вони самі переміщаються не далі певної відстані.
Їх повне коливання здійснюється протягом деякого періоду Т.

При цьому, кожна виведена зі стану спокою молекула зближуючись з сусідніми молекулами, передає їм частину своєї енергії, а ті, в свою чергу, наступним і т.д. Те, що відбувається таким чином хвильовий рух називається звуковою хвилею.

Якщо часткам матерії переданий імпульс в напрямку, перпендикулярному до напрямку поширення хвилі, ефект виходить зовсім інший.
На Рис. 2 це зображено дуже наочно. Обидві криві (I і II) є як би «миттєвими фотографіями» хвилі. Крива II «сфотографована» після 3/8 періоду коливання.
Хвилі цього виду називаються поперечними або огинають. Поперечні хвилі можуть виникати не у всякій матеріальної середовищі. Вони утворюються тільки завдяки тому, що одна молекула середовища захоплюється іншою в спільне коливальний рух в зв'язку з наявністю, так званого, напруги зсуву.

У будівництві основне значення мають саме ці хвилі, які відіграють вирішальну роль в питаннях звукоізоляції конструкцій і шумоізоляції приміщень в цілому.

Частка, що сприйняла імпульс, здійснює поперечне до напрямку поширення хвилі коливальний рух (Крива I, Рис. 2), причому вона захоплює за собою суміжну частку, з якою вона пов'язана пружними силами (Крива II, Рис. 2). Ця в свою чергу веде за собою наступну частку. Кожна наступна за часом частка, виведена зі стану спокою, досягає максимуму зміщення від її положення в стані спокою завжди з деяким запізненням порівняно з попередньою.

U Рис. 2 U

Схема поширення поперечних хвиль в середовищі
Крива I - переміщення першої частки, що сприйняла імпульс
Крива II - переміщення частинки, якій імпульс переданий пізніше

Конструктивні елементи (стіни і міжповерхові перекриття), які завжди являють собою плити, під впливом звукової енергії відчувають коливання вигину, схема яких показана на Рис. 3.
На цій схемі видно, що сприймає збудження конструктивний елемент піддається деформації. Вважається, що такий конструктивний елемент може чинити опір деформації і володіє необхідною жорсткістю в залежності від конструкції, товщини і розмірів, а також від використаних сполучних матеріалів і т. П.
Якщо ж конструктивний елемент легко деформується і в ньому, таким чином, легко утворюються хвилі вигину, його вважають гнучким. Тонкі вироби, як, наприклад, легкі деревостружкові плити, ГКЛ і т.п. мають велику гнучкість і в них можуть утворитися хвилі вигину дуже малої довжини, що має істотне значення для звукоізоляції. У цегляній кладці можуть одночасно мати місце поздовжні, поперечні хвилі і хвилі вигину.
Довжини хвиль можна чітко бачити на Рис. 1, 2 і 3.
Вони відраховуються від одного згущення частинок до наступного, від однієї купчастості до іншої.
На Рис. 2 може бути відраховано також те відстань, на яку зміщується часткаматерії по відношенню до її положенню в стані спокою.
Найбільша величина такого зміщення називається амплітудою коливання.
Чим інтенсивніше звуковий імпульс, тим більшої величини досягає амплітуда коливання і тим гучнішим сприймається звук.

У будівельній акустиці всі види хвиль, в тому числі поздовжні звукові хвилі в повітрі, умовно визначаються як поперечні хвилі.

Мал. 3

Схематичне зображення хвиль вигину в плиті

Назад до розділів